一种金属管材环向疲劳试验夹具及试验方法技术

本发明专利技术涉及一种金属管材环向疲劳试验夹具及试验方法，包括上D型件、下D型件、上固定件、下固定件，上固定件与上D型件连接，下固定件与下D型件连接，在上D型件的弧形面上设置上定位槽，在下D型件的弧形面上设置下定位槽，金属管材试样设置于上定位槽与下定位槽内。通过对多个金属管材试样进行拉断测试并计算出相应的公式，再通过正式试样进行疲劳试验。避免了传统管材疲劳试验只能切取轴向弧形试样导致试样因加工硬化或变形而造成结果不准确的问题；得出试验机载荷与金属管材试样工作段所受应力之间的关系，避免需要采用仿真软件进行载荷计算的复杂性；适用于不同管径的管材进行环向应力控制的拉‑拉疲劳试验。

【技术实现步骤摘要】
一种金属管材环向疲劳试验夹具及试验方法
本专利技术涉及金属管材性能测试
，尤其是涉及一种金属管材环向疲劳试验夹具及试验方法，其针对金属管材环向应力控制的拉-拉疲劳性能测试。
技术介绍
金属管材包括管线管、锅炉管、机械结构管、液压及气动系统用管、石油及天然气输送用管、化工用管等，由于使用场合和使用目的不同，通常对管材材质和力学性能有不同的要求。目前对管材力学性能测试方法有：采用管材轴向力学性能测试代替环向力学性能测试，即沿轴向切取一段管材或切取弧形试样进行力学性能测试；或将管材沿轴向切开，然后展平再进行力学性能测试。但金属管材一般容易因为织构原因存在材料力学性能各向异性的问题，尤其对于无缝管，如挤压管或冷拔管，管材沿轴向和环向的力学性能有很大差别。将管材沿轴向切开然后展平的过程加工硬化将引起管材性能的变化，这将影响到管材力学性能测试结果的准确性。疲劳性能测试是评估金属管材综合力学性能的一项重要测试。现有专利如专利申请公布号为CN105388061A，提出了一种小管径金属管材环向疲劳试验夹具，但所能测试的金属管材直径不超过50mm，由于其结构用于定位管材的夹具一端悬空，载荷是通过夹具另一端传至夹具上，会导致夹具出现在垂向方向上摆动，不适用于大管径的管材疲劳试验。现有管材环向拉伸性能测试专利如授权公告号为CN100487416C、CN102445384B以及CN202693413U等，介绍了管材环向拉伸试验夹具或方法，但未将试样固定，即试样仍可进行轴向或环向滑动，导致疲劳试验机可能无法启振或振动频率不高，因此无法采用此类夹具进行管材环向疲劳测试。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种不会出现轴向以及环向滑动且适用于较大管径的金属管材环向疲劳试验夹具及试验方法。本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案是：一种金属管材环向疲劳试验夹具，安装于用于拉伸的试验机上，包括上D型件、下D型件、与试验机连接的上固定件、与试验机连接的下固定件，所述的上固定件与上D型件连接，所述的下固定件与下D型件连接，所述的上D型件与下D型件组成用于固定金属管材试样的圆形块，在所述的上D型件的弧形面上设置上定位槽，在所述的下D型件的弧形面上设置下定位槽，所述的金属管材试样设置于上定位槽与下定位槽内。进一步具体的，所述的上固定件与下固定件的受力轴线重合且通过圆形块的中心。进一步具体的，所述的上固定件与下固定件结构一致均包括U型块以及设置于U型块上的圆棒，所述的U型块包括固定端以及位于固定端两端向同侧伸出的伸出端，所述的圆棒固定于固定端上。进一步具体的，所述的上D型件上设置上连接通孔，所述的上固定件的两个伸出端上分别设置上连接孔，在所述的上连接通孔与上连接孔内穿插入上销轴将上固定件、上D型件进行连接；所述的下D型件上设置下连接通孔，所述的下固定件的两个伸出端上分别设置下连接孔，在所述的下连接通孔与下连接孔内穿插入下销轴将下固定件、下D型件进行连接。进一步具体的，在所述的固定端上设置有螺纹孔，在所述的圆棒上设置有螺纹，所述的螺纹与螺纹孔配合。进一步具体的，所述的下固定件的圆棒的一端穿过固定端抵住下定位槽内的金属管材试样上。一种金属管材环向疲劳试验方法，该试验方法为，S1、从金属管材上截取多个金属管材试样以及一个正式试样备用；S2、通过疲劳试验夹具固定金属管材试样并将疲劳试验夹具固定于试验机上，同时保证疲劳试验夹具的受力轴线通过金属管材试样的中心；S3、以恒定的速度拉伸金属管材试样直至断裂，记录最大载荷；S4、选取下一个金属管材试样，返回步骤S2同时保证该金属管材试样旋转至另一个角度，该角度与前述被拉断的金属管材试样的角度不同，直至所有金属管材试样全部完成测试；S5、通过对多个金属管材试样进行受力分析，将上述试验结果处理得出金属管材试样与疲劳试验夹具之间的摩擦系数，并得出试验机所施加的载荷与金属管材试样工作段所受应力之间的关系；S6、根据步骤S5得出的试验机所施加的载荷与金属管材试样工作段所受应力之间的关系，再根据疲劳试验设定的峰值应力与谷值应力，计算出试验机所需设定的最大载荷与最小载荷；S7、选取正式试样，并按照步骤S2进行安装并固定同时保证正式试样的工作段的中心位于受力轴线上，进行疲劳试验；S8、疲劳试验结束后取下正式试样。进一步具体的，所述的金属管材试样至少两个。进一步具体的，所述步骤S7中正式试样在完成装夹后通过一固定件保证正式试样不会转动。进一步具体的，所述步骤S5中试验机所施加的载荷与金属管材试样工作段所受应力之间的关系为：其中，F(θ)为所受的环向拉力，P为圆形块所受拉力，μ为金属管材试样与圆形块之间的摩擦系数，θ为金属管材试样工作段与水平方向的夹角。本专利技术的有益效果是：1.通过环向疲劳试验，避免了传统管材疲劳试验只能切取轴向弧形试样(或板材试样)导致试样因加工硬化或变形而造成结果不准确的问题；2.通过试样受力分析及疲劳试验前的拉伸试验结果处理，得出试验机载荷与金属管材试样工作段所受应力之间的关系，避免需要采用仿真软件进行载荷计算的复杂性；3.试验夹具简单易加工，试验方法易操作，适用于不同管径的管材进行环向应力控制的拉-拉疲劳试验。附图说明图1是本专利技术环向疲劳试验夹具的组装结构示意图；图2是本专利技术上D型块与下D型块的结构示意图；图3是本专利技术上固定件与下固定件的结构示意图；图4是本专利技术金属管材试样与正式试样的结构示意图；图5是本专利技术试验方法的流程示意图；图6是本专利技术试样工作段中心径向与水平方向的夹角示意图；图7是本专利技术试样受力分析示意图；图8是本专利技术当θ＝0°时，环向疲劳试样受力示意图。图中：1、上固定件；2、下固定件；3、上D型件；4、下D型件；5、金属管材试样；11、上U型块；12、上圆棒；21、下U型块；22、下圆棒；31、上连接通孔；32、上定位槽；41、下连接通孔；42、下定位槽；51、工作段；111、固定端；112、伸出端。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属管材环向疲劳试验夹具，安装于用于拉伸的试验机上，包括上D型件、下D型件、与试验机连接的上固定件、与试验机连接的下固定件，所述的上固定件与上D型件连接，所述的下固定件与下D型件连接，所述的上D型件与下D型件组成用于固定金属管材试样的圆形块，其特征在于，在所述的上D型件的弧形面上设置上定位槽，在所述的下D型件的弧形面上设置下定位槽，所述的金属管材试样设置于上定位槽与下定位槽内。/n

【技术特征摘要】
1.一种金属管材环向疲劳试验夹具，安装于用于拉伸的试验机上，包括上D型件、下D型件、与试验机连接的上固定件、与试验机连接的下固定件，所述的上固定件与上D型件连接，所述的下固定件与下D型件连接，所述的上D型件与下D型件组成用于固定金属管材试样的圆形块，其特征在于，在所述的上D型件的弧形面上设置上定位槽，在所述的下D型件的弧形面上设置下定位槽，所述的金属管材试样设置于上定位槽与下定位槽内。


2.根据权利要求1所述的金属管材环向疲劳试验夹具，其特征在于，所述的上固定件与下固定件的受力轴线重合且通过圆形块的中心。


3.根据权利要求1所述的金属管材环向疲劳试验夹具，其特征在于，所述的上固定件与下固定件结构一致均包括U型块以及设置于U型块上的圆棒，所述的U型块包括固定端以及位于固定端两端向同侧伸出的伸出端，所述的圆棒固定于固定端上。


4.根据权利要求3所述的金属管材环向疲劳试验夹具，其特征在于，所述的上D型件上设置上连接通孔，所述的上固定件的两个伸出端上分别设置上连接孔，在所述的上连接通孔与上连接孔内穿插入上销轴将上固定件、上D型件进行连接；所述的下D型件上设置下连接通孔，所述的下固定件的两个伸出端上分别设置下连接孔，在所述的下连接通孔与下连接孔内穿插入下销轴将下固定件、下D型件进行连接。


5.根据权利要求3所述的金属管材环向疲劳试验夹具，其特征在于，在所述的固定端上设置有螺纹孔，在所述的圆棒上设置有螺纹，所述的螺纹与螺纹孔配合。


6.根据权利要求3所述的金属管材环向疲劳试验夹具，其特征在于，所述的下固定件的圆棒的一端穿过固定端抵住下定位槽内的金属管材试样上。


7.一种金属管材环向疲劳试验方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周冶东，
申请(专利权)人：苏州迈达检测科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32